Mạng máy tính

I. Các yếu tố của mạng máy tính

1.     Đường truyền vật lý:

Đường truyền vật lý dùng đểchuyển các tín

hiệu điện tửgiữa các máy tính.

Các tín hiệu

điện tử đó biểu thịcác giá trịdữliệu dưới

dạng các xung nhịphân (on- off). Chúng hoặc

là các sóng  điện từhoặc là tia hồng ngoại.

Hiện nay có hai loại đường truyền: hữu tuyến

(cable) và vô tuyến (wireless).

zĐường truyền hữu tuyến gồm có:

–Cáp đồng trục (coaxial)

–Cáp đôi xoắn (twisted -pair cable), có hai

loại bọc kim (shielded) và không bọc kim

(nushielded).

–Cáp sợi quang (fiber-optic cable).

zĐường truyền vô tuyến gồm có:

–Radio

–Sóng cực ngắn (viba) (microware).

–Tia hồng ngoại (infrared)

2. Kiến trúc mạng

z Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể

hiện cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các

quy tắc, quy ướcmà tất cảcác thực thểtham gia

truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho

mạng hoạt động tốt. Cách kết nối các máy tính được

gọi là hình trạnghay topocủa mạng, còn tập các quy

tắc, quy ước truyền thông gọi là  các giao thức

(protocol) của mạng. Tôpô và giao thức mạng là hai

khái niệm rất căn bản của mạng máy tính.

a)     Tôpô mạng.

Có hai kiểu kết nối mạng chủyếu là  điểm -điểm

(Point to point) và khuếch tán (Broadcast hay Point to

multipoint).

z Kiểu điểm -điểm

Theo kiểu nối này, các đường truyền nối từng cặp nút

với nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm lưu trữtạm

thời sau đó khi đường truyền rỗi, nó sẽchuyển tiếp dữ

liệu đi cho tới đích. Do vậy mà mạng loại này còn được

gọi là mạng "lưu và chuyển tiếp" (store and forward).

Nói chung các mạng diện rộng sửdụng nguyên tắc

này.

z Kiểu khuếch tán

- Theo kiểu nối này, tất cảcác nút (các máy tính) dùng

chung một đường truyền vật lý. Dữliệu chuyển đi từmột

máy nào đó (một nút) có thể được tất cảcác máy khác tiếp

nhận. Chỉcần chỉra địa chỉ đích của dữliệu đểmỗi nút

kiểm tra xem dữliệu có phải gửi cho mình hay không.

- Trong các tôpô dạng xa lộ(bus) và dạng vòng(ring) cần

có cơchế"trọng tài" đểgiải quyết "xung đột" khi nhiều nút

muốn truyền tin cùng một lúc. Việc cấp phát đường truyền

có thểlà "tĩnh" hoặc là "động". Cấp phát "tĩnh" thường dùng

cơchếquay vòng (round robin) đểphân chia đường truyền

theo các khoảng thời gian định trước. Còn cấp phát "động"

là cấp phát theo yêu cầu đểhạn chếthời gian "chết" vô ích

của đường truyền.

b) Giao thức mạng

z Việc trao đổi thông tin cho dù đơn giản nhất, đều phải tuân

theo những quy tắc nhất định. Hai người nói chuyện muốn cho

cuộc nói chuyện kết qủa thì ít nhất cảhai người cũng phải

tuân theo nguyên tắc "khi người này nói thì người kia phải

nghe và ngược lại".

z Việc truyền tín hiệu trên mạng cũng vậy, cần phải có những

quy tắc, quy ước vềnhiều mặt từkhuôn dạng (cú pháp, ngữ

nghĩa) của dữliệu cho tới các thủtục gửi nhận dữliệu, kiểm

soát hiệu quảvà chất lượng truyền tin và xửlý các lỗi và sự

cốnếu có.

z Tập hợp tất cảcác quy tắc, quy ước đó được gọi là giao thức

của mạng. Rõ ràng là các mạng có thểtùy ý dùng các giao

thức khác nhau tùy sựlựa chọn của người thiết kế.

II. Phân loại mạng máy tính

Có nhiều cách phân loại mạng máy tính tùy thuộc yếu tố

chính được chọn đểlàm chỉtiêu phân loại, chẳng hạn

đó là "khoảng cách địa lý", "kỹthuật chuyển mạch"

hay "kiến trúc mạng",...

1. Nếu lấy "khoảng cách địa lý"làm chỉ tiêu phân

loại thì ta có các mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng

diện rộng và mạng toàn cầu, mạng cá nhân, mạng lưu

trữ.

z Mạng cục bộ(Local Area Network - viết tắt là LAN)

là mạng được lắp đặt trong một phạm vi tương đối

nhỏ(trong một tòa nhà, khu trường học…) với khoảng

cách lớn nhất giữa các máy tính nút mạng chỉtrong

vòngvài chục mét đến vài km trở lại.

z Mạng đô thị(Metropolitain Area Networks - viết tắt

là MAN) là mạng được lắp đặt trong phạm vi một đô

thịhay một trung tâm kinh tế-xã hội có bán kính

khoảng 100 km trởlại.

z Mạng diện rộng (Wide Area Networks- viết tắt là

WAN)có phạm vi vượt qua biên giới quốc gia thậm chí

cảlục địa.

z Mạng toàn cầu (Global Area Networks - viết tắt là

GAN)có phạm vi trải rộng khắp các lục địa.

z Một loại mạng nữa là Mạng cá nhân (PAN) một mạng

máy tính nhỏsửdụng trong gia đình

z Chú ý rằng khoang cách địa lý dùng làm mốc đểphân

biệt các loại mạngchỉcó tính tưng đối.

2. Nếu lấy "kỹthuật chuyển mạch"(switching) làm

yếu tốchính đểphân loại thì ta có: mạng chuyển mạch kênh,

mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói.

z Mạng chuyển mạch kênh (circuit-switched networks).Khi

có hai thực thểcần trao đổi thông tin thì giữa chúng sẽthiết

lập một "kênh" (circuit) cố định và duy trì cho đến khi một trong

hai bên ngắt liên lạc. Các dữliệu chỉ được truyền theo con

đường cố định đó.

– Có 2 nhược điểm:một là tiêu tốn thời gian đểthiết lập kênh cố

định giữa hai thực thểvà hai là hiệu suất sửdụng đường truyền

không cao vì khi hai bên hết thông tin cần truyền, kênh bịbỏ

không trong khi các thực thểkhác cần không được phép sửdụng

kênh.

– Mạng điện thoại là một ví dụ điển hình của mạng chuyển mạch

Kênh

z Mạng chuyển mạch thông báo (message-switched

networks). Thông báo (message) là một đơn vịthông

tin của người sửdụng có khuôn dạng được quy định

trước. Mỗi thông báo đều có chứa vùng thông tin điều

khiển trong đó chỉrõ đích của thông báo. Căn cứvào

thông tin này mà mỗi nút trung gian có thểchuyển

thông báo tới nút kếtiếp theo đường dẫn tới đích của

nó. Nhưvậy, mỗi nút cần phải lưu trữtạm thời  để

"đọc" thông tin điều khiển trên thông báo rồi sau đó

mới chuyển tiếp thông báo đi. Tùy điều kiện cụthểcủa

mạng, các thông báo khác nhau có thể  được gửi đi

trên các con đường khác nhau.

Những ưu điểm:

– Hiệu suất sửdụng đường truyền cao vì không

chiếm dụng độc quyền đường truyền mà đường

truyền được phân chia giữa nhiều thực thể.

– Mỗi nút mạng có thểlưu trữthông báo cho tới khi

kênh truyền rỗi mới gửi thông báo đi, do đó giảm

được tình trạng tắc nghẽn (congestion) mạng.

– Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp

theo độ ưu tiên cho các thông báo.

– Có thểtăng hiệu suất sửdụng giải thông của mạng

bằng cách gán  địa chỉquảng bá (broadcast

addressing) đểgửi thông báo đồng thời tới nhiều

nút

Những nhược điểm:Không hạn chếkích thước thông báo

dẫn đến phí tổn lưu trữtạm thời cao và ảnh hưởng đến thời

gian đáp (response time) và chất lượng truyền. Nó thích hợp

với dịch vụthông tin kiểu thư điện tử(electronic mail) hơn là

cho các ứng dụng thời gian thực vì có độtrễnhất định cho việc

lưu trữvà xửlý thông tin điều khiển tại mỗi nút.

z Mạng chuyển mạch gói (packet-switched networks).

Trong mạng loại này mỗi thông báo được chia ra thành nhiều

phần nhỏhơn gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng quy

định trước. Mỗi gói tin cũng có các thông tin điều khiển trong

đó có địa chỉnguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận)

của gói tin. Các gói tin của một thông báo nào đó có thể được

chuyển đi qua mạng đểtới đích bằng nhiều con đường khác

nhau.

z Phương pháp chuyển mạch thông báo và chuyển

mạch gói là gần giống nhau. Điều khác biệt là ởchỗ

các gói tin được giới hạn kích thước tối đa sao cho các

nút mạng (nút chuyển mạch) có thểxửlý toàn bộgói

tin trong bộnhớmà không cần phải lưu trữtạm thời

trên đĩa. Chính vì vậy mạng chuyển mạch gói truyền

các gói tin qua mạng nhanh hơn và hiệu quảhơn so

với mạng chuyển mạch thông báo.

z Vấn đềkhó khăn nhất của mạng loại này là việc tập

hợp các gói tin đểtạo thành bản thông báo ban đầu

của người sửdụng, đặc biệt trong trường hợp các gói

được truyền theo nhiều đường khác nhau. Cần phải

đặt các cơchế"đánh dấu" gói tin và phục hồi các gói

z Do các ưu điểm mềm dẻo và hiệu suất cao hơn nên

hiện nay các mạng chuyển mạch gói được dùng phổ

biến hơn các mạng chuyển mạch thông báo. Việc tích

hợp cảhai kỹthuật chuyển mạch (kênh và gói) trong

một mạng thống nhất (được gọi là mạng dịch vụtích

hợp số- Integrated Service Digital Networks - viết tắt là

ISDN) đang là một trong những xu thếphát triển hiện

nay.

z Cuối cùng, có thểphân loại mạng theo kiến trúc mạng

(tôpô và giao thức sửdụng). Chẳng hạn mạng SNA

của IBM, mạng ISO (theo kiến trúc chuẩn quốc tế) hay

mạng TCP/IP v.v...

3. Nếu lấy "kỹthuật ghép nối" mô hình Topo gần giống như

bản đồ đường phố. Có 3 chiến lược kết nối tổng quát: điểm –

điểm (point – to – point), broadcast (điểm – nhiều điểm) và

multidrop (đa chặng).

Các cấu hình dạng chuẩn:

z Mạng bus

– Cấu hình vật lý:bao gồm một dây cáp đơn lẻnối tất cảcác

máy tính trong mạng theo một hàng. Đây là phương pháp

nối mạng đơn giản và phổbiến nhất.

– Truyền thông:dữliệu được gửi và nhận đến một máy tính

xác định vàđưa dữliệu đó lên cáp dưới dạng tín hiệu điện

tử. Sựhỏng hóc của một máy không ảnh hưởng đến hoạt

độngcủa toàn mạng.

zMạng star (hình sao)

– Cấu hình vật lý: Các máy tính được nối cáp vào một

bộphận được gọi là hub (đầu nối trung tâm). Cấu

hình này bắt nguồn từthời kì đầu, khi việc tính toán

dựa trên hệthống máy tính nối vào một máy chính

trung tâm.

– Truyền thông:Tín hiệu được truyền từmáy tính đến

hub để đến tất cảcác máy tính trên mạng. Nếu hub

trung tâm hỏng, toàn bộhệthống mạng sẽsụp đổ.

 Mạng ring (vòng khép kín)

– Cấu hình vật lý: các máy tính được nối với nhau trên một

vòng cáp. Không cóđầu nào bịhở.

– Truyền thông:Tín hiệu được đi qua một chiều vàđi qua

từng máy tính, mỗi máy tính đóng vai trò nhưmột trạm

chuyển tiếp, khuếch đại tín hiệu và gửi nó đến máy tính

tiếp theo. Do tín hiệu đi qua từng máy nên sựhỏng hóc của

một máy có thểảnh hưởng đến toàn mạng.

z Mạng kết hợp

– Mạng kết hợp là kiểu ghép nối sắp xếp các máy tính trong

mạng kết hợp các cấu hình ghép nối trên (bus, start, ring)

đểlợi dụng được tối đa ưu nhược điểm của mối cấu hình.